3D打印機知識科普：DLP與SLA 哪種好？

立體光刻（SLA）和數(shù)字光處理（DLP）3D打印機的原理相同，都是通過紫外光照射光敏樹脂固化成型，但工作的方式和過程不同，本文我們將深入研究兩者的差異。

       在眾多的3D打印技術(shù)里，SLA和DLP是公認的可以在模型復(fù)雜性和精度方面達到高標準的技術(shù)，使用的光敏樹脂通常由環(huán)氧樹脂、丙烯酸或甲基丙烯酸單體組成，這類液態(tài)樹脂在波長380-405納米的紫外光照射下會聚合和硬化，逐層構(gòu)建出具有超高表面質(zhì)量和精度的模型，廣泛應(yīng)用珠寶蠟?zāi)?、牙科義齒以及精密復(fù)雜工業(yè)零件或手板的制造。

▲SLA和DLP 3D打印機原理
       SLA 3D打印機
       Stereolithography（SLA）是古老的3D打印技術(shù)形式之一，可追溯到20世紀80年代早期，SLA 3D打印機的激光器有兩種設(shè)計：位于料槽上方或下方，激光不是直接照射到液態(tài)樹脂上，而是從快速移動的反射鏡檢測器偏轉(zhuǎn)。通過X和Y軸方向的移動，該反射系統(tǒng)可以將光束引導(dǎo)到適當?shù)狞c，定點誘導(dǎo)樹脂單體的聚合。

       根據(jù)設(shè)計的程序由點到面完成一層特定的形狀和圖像的構(gòu)建之后，成型平臺會向原理激光器的方向移動一層高度，從而繼續(xù)下一層的固化。

       DLP 3D打印機
       用以3D打印的數(shù)字光處理技術(shù)（DLP）源于20世紀80年代末美國德州儀器公司推出的圖像投影技術(shù)，與SLA的點狀投射不同， DLP 3D打印機可投射并聚合一整層，當光線照射到樹脂上時，它不會像SLA那樣局限于單個光斑，而是整個層一次形成。

       在這個過程里，投影的圖案對于實現(xiàn)每層的期望形狀至關(guān)重要，圖像話是通過由數(shù)字微鏡原件（DMD）實現(xiàn)的，他是一種動態(tài)掩膜，由一系列微米級尺寸旋轉(zhuǎn)反射鏡組成，這允許液態(tài)樹脂在層內(nèi)的不同位置處被差異照射和聚合。

       現(xiàn)代DLP投影儀通常具有數(shù)千個微米尺寸的LED作為光源，它們的“開”和“關(guān)”狀態(tài)是單獨控制的，可以提高XY分辨率。近年也出現(xiàn)了一些DLP 3D打印機，使用LCD液晶屏代替DMD，顯著降低了設(shè)備價格，例如LD-001 3D打印機。

       DLP和SLA D打印機耗材的區(qū)別
       DLP 和SLA的原理和工作模式大同小異，但他們使用的耗材不一定是可以通用的，因為兩種技術(shù)的光源的功率密度差異較大。但由于組成相似，打印出的部件在性能相差不大。

       光敏樹脂主要由齊聚物、光引發(fā)劑、稀釋劑組成，其中光引發(fā)劑通過吸收光能后，形成一些活性物質(zhì)如自由基或陽離子從而引發(fā)聚合反應(yīng)。齊聚物分子大小可用以調(diào)整固化聚合物的剛度，短鏈單體通常產(chǎn)生較硬的物體，而長鏈單體允許更多的柔韌性。

       由此產(chǎn)生的機械性能差異，是各種成型技術(shù)的熱門討論主題，例如FDM 3D打印機的打印部件機械性能各項異性，在不同的方向施加載荷時，他們顯示出不同的機械性能。與FDM不同，SLA和DLP都不具有廣泛的各向異性，其性能更像模具注塑件。

了解了這兩種技術(shù)后，您可能想知道哪種技術(shù)更好，其實這主要取決于您的要求：
       1、3D打印機精度
       如果將準確性和分辨率放在首位，很多人會認為SLA 3D打印機是首選，但這個答案正在發(fā)生變化。 SLA和DLP3D打印機的市場非常不同，特別是對于DLP 3D打印機。在過去，消費級SLA打印機可輕松實現(xiàn)25微米的Z分辨率，而許多DLP打印機難以達到50微米以下。但新的技術(shù)進展使得DLP成為高精度的競爭者，Kudo3D、Gizmo 、創(chuàng)想三維的DLP 3D打印機，已經(jīng)在X，Y和Z軸上具有超高精度，已經(jīng)甩開了目前中高端SLA 3D打印機。

       另一方面，由于DLP 3D打印機使用像素化的光照射，過去在層邊緣處顯示看起來像“階梯臺階”的細微偽影。但近年這個問題已經(jīng)正在改善，創(chuàng)想三維的DP-002 光固化3D打印機，通過像素位移和抗鋸齒補償算法減輕這種影響，使得模型表面更光滑和細膩。

       2、3D打印機速度
       SLA和DLP之間大的區(qū)別之一就是速度，由于其聚合方法是點狀的，SLA通常非常慢。加快SLA 3D打印機在填充區(qū)域的成型速度，可以節(jié)省打印時間，但是非常有限，并且有可能影響整體強度，需要固化后期處理。

       DLP 3D打印機的則允許一次固化層的整個表面，在輪廓和內(nèi)部區(qū)域之間沒有區(qū)別，后固化不是必需的。例如，對于相同的3D模型文件，使用DLP 3D打印機需要30分鐘，而SLA3D打印機需要4個小時。

       3、工作穩(wěn)定性
       對于需要將光固化3D打印機用以批量制造，設(shè)備的可靠性和成品的一致性是重要因數(shù)，光固化3D打印機用以批量制造，相對于SLA，DLP 3D打印機的移動部件更少，因此，它的故障發(fā)生率更低，并且可以保持穩(wěn)定的打印模型。

       兩種光固化3D打印機是復(fù)雜的設(shè)備，包含大量的電子元件和操作所需的光學(xué)元件，維護和相關(guān)成本都比較高。特別是SLA 3D打印機，由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如果發(fā)生故障或零件需要更換，必須要專業(yè)人員才行。另外，系統(tǒng)的校準是必要的，并且通常這只能由專業(yè)人員正確完成，這可能意味著打印機需要運回3D打印機制造商。 相對來說，DLP具有更簡單的組件。

       4、打印尺寸
       DLP 3D打印機作為更新的技術(shù)，在速度和精度上的優(yōu)勢明顯，具有更高的性價比。但盡管DLP 3D打印機具有眾多的優(yōu)勢，目前它并不能淘汰SLA 3D打印機，原因正是大打印尺寸。

       由于DLP 采用像素化投影，打印尺寸受投影儀或LCD液晶屏的制約，盡管大成型尺寸在不斷提升，但是有限的，DLP 3D打印機比較適合牙科、珠寶等中小型的零件和手板。而SLA則不同，理論上他的成型尺寸跟FDM 3D打印機一樣，可以無限大。這也是前文所說的，DLP和SLA的選擇取決于需求和應(yīng)用場景的關(guān)鍵原因。

       后，關(guān)于光固化技術(shù)，目前世界各地的實驗室正在開發(fā)什么？
       1、新型雙光子固化技術(shù)（2PP）
       在目前的SLA和DLP 3D打印機中，聚合光敏樹脂的是單個光子。目前，一種稱為雙光子聚合（2PP）的新型激光輻射主要用于研究和高端應(yīng)用，它利用兩個激光脈沖在空間中的交叉點固化樹脂，由于該過程的非線性特性，可以實現(xiàn)大約0.1μm的分辨率。這是通過控制激光脈沖能量和脈沖頻率來完成的，該技術(shù)遠不是普通消費者所使用的技術(shù)，但代表著更高標準的開始。

       2、光敏樹脂的未來
       3D打印機的性能并不能代表一切，材料的進步是另外一個促進3D打印發(fā)展的至關(guān)重要的因數(shù)。目前SLA和DLP的3D打印耗材盡管正在豐富，但是相對其他技術(shù)（如FDM）來說還是非常單薄。

▲記憶柔性樹脂

       其中比較有前景的方式是，將具有不同性質(zhì)的顆粒與樹脂混合的復(fù)合材料，例如由納米顆粒制成的填料似乎有點前景可改善的機械和物理性質(zhì)方面。目前，重要的研究工作是針對擴展3D打印樹脂的范圍，包括具有導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，磁性和抗菌性的聚合物，同時調(diào)整其機械特性。